DE2434387C3

DE2434387C3 -

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Publication number: DE2434387C3
Application number: DE19742434387
Authority: DE
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1977-12-08

Description

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Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd mit einem Mikrowellenoszillator, einem Hochspannungstransformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselspannungsquelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Mikrowellenoszillator verbunden sind, einer Schalteinrichtung zwischen der Primärwicklung und der Wechselspannungsquelle und mit einer Steuerschaltung, die zu ihrem Ein- und Ausschalten mit der Schalteinrichtung verbunden ist.

Ein Mikrowellenherd dieser Art ist aus der CH-PS 25 439 bekannt und erzeugt zum Kochen und insbesondere zum Auftauen von gefrorenen Nahrungsmiüeiii die mikrowellen inierrninieferiu. Die Schalteinrichtung des bekannten Mikrowellenherdes besteht aus einem Relais, das über einen Thyristor angesteuert wird, dessen Arbeitsperiode jedoch von der Aufladung eines Kondensators abhängt. Die Arbeitsintervalle dieser bekannten Schalteinrichtung sind somit nicht mit der Phasenlage der Wechselspannung korreiiert, so dal Spannungsstöße auftreten können und daher de Schalter eine hohe Durchbruchsspannung aufweise! muß.

Ferner ist es bekannt (GB-PS 12 01 120), für dei absatzweisen Betrieb einer Heizung den Strom mi Hilfe von Thyristoren durchzuschalten, die wiederun durch ein Steuergerät im Rhythmus aus- und eingeschal tet werden. Ähnliches gilt für eine bekannte Phasenan Schnittsteuerung (US-PS 36 65 293), bei der die in Serii zu einer Last angeordneten Thyristoren bei eine ausgewählten Phase des Wechselstromes durchschalt bar άηά.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Mikrowellenherd zu schaffen, bei dem di< intermittierende Erzeugung der Mikrowellen möglichs genau in Abhängigkeit von der Phasenlage dei Netzwechselspannung gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Schalteinrichtung ein Zweirichtungs-Thyristoi ist und daß die Steuerschaltung einen mit dei Wechselspannungsquelle verbundenen Gleichrichter schaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der Wechsel spannung zur Erzeugung einer pulsierenden Gleich spannung, einen astabilen Multivibrator mit zwe Thyristoren mit negativen Siieuerelektroden, die mi dem Gleichrichterschaltkreis verbunden und durcr diesen steuerbar sind, und einen mit dem astabiler Multivibrator und der Wechselspannungsquelle verbun denen Transistorschaltkreis zur Erzeugung eine; Steuersignals in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschal ten des astabilen Multivibrators aufweist, wobei dei Ausgang des Transistorschaltkreises zum Durchschal ten des Zweirichtungs-Thyristors bei einer Phasenlage von etwa 80° oder 280° der Wechselspannung mii dessen Steuerelektrode verbunden ist.

Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daE bei Schaltungen, deren Last durch einen Hochspan nungstransformator für den Mikrowellenherd gebildet wird, häufig Einschaltstromstöße auftreten, derer Größe durch die Phase der Stromquelle während derer Koppelzeitpunkt und durch die Remanenz des Hochspannungstransformators zu diesem Zeitpunkt bestimmt ist Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt daß bei Verwendung eines Zweirichtungsthyristors bzw Triacs als Schalteinrichtung die günstigste Einschaltphase des Thyristors bei einer Phasenlage von etwa 80° oder 280° relativ zur Wechselspannung ist und daß diese Phasenlage durch den erfindungsgemäßen Steuerschaltkreis möglichst genau eingehalten werden muß. Damit wird der Einschaltstromstoß praktisch vollständig unterdrückt.

Als zweckmäßig hat sich ein Mikrowellenherd erwiesen, der einen ersten Schalter aufweist, der im geschlossenen Zustand die Wechselspannungsquelle der Steuerschaltung verbindet, sowie einen zweiten Schalter, der im geschlossenen Zustand den Zweirichtungs-Thyristor kurzschließt, wobei der erste und der zweite Schalter so miteinander gekoppelt sind, daß der erste Schalter nach Schließen des zweiten Schalters erst nach Ablauf eines zum Erreichen des Ruhezustandes der Steuerschaltung erforderlichen Zeitraumes geöffnet

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Ansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung und der Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der

Zeichnung näher beschriebea Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Mikrowellenherdes,

Fig.2 eine Schaltungsanordnung des Mikrowellenherdes der F i g. I₁

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung einer Auftauzeitgeberstufe,

F i g. 4 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen beim Betrieb des Auftauzeitgebers zeigt,

F i g. 5 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen bei eingeschaltetem bilateralem Thyristor und ic während des Betriebs des Auftauzeitgebers zeigt,

F i g. 6 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen bei abgeschaltetem bilateralem Thyristor und während des Betriebs des Auftauzeitgebers zeigt,

Fig.7 eine Schaltungsanordnung eines Wählschalters zur Umschaltung zwischen dem normalen Betrieb des Herdes und dem Betrieb des Auftauzeitgebers,

Fig.8 ein Zeitlagendiagramm, welches den Betrieb des ersten und des zweiten Schalters des Wählschalters zeigt,

F i g. 9 eine Kurve, welche die Korrelation zwischen dem Stromstoß und der Phasenlage der Stromquelle bei der Kopplung zeigt, und

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Auftauzeitgebers.

In F i g. 1 sieht man eine verkleidete Platte 11 und eine Tür 12, durch welche Nahrungsmittel in den Herd eingebracht und herausgenommen werden köiinen. Die Tür 12 weist ein Fenster 13 auf, welches aus einer Anzahl kleiner, runder Gucklöcher besteht, welche einen Durchmesser von ungefähr 2 mm aufweisen, so daß der Kochzustand des Nahrungsmittels durch das Fenster 13 beobachtet werden kann, ohne daß Mikrowellenstrahlung austritt Ein Türknopf trägt das Bezugszeichen 14, und 16 bezeichnet eine Lampe, welche den Betrieb anzeigt Durch Drücken eines Einschaltknopfes 17 wird, nachdem die Energiequelle durch den Leistungsschaltknopf 19 angeschlossen worden ist, die Lampe 16 eingeschaltet, wodurch die Anwesenheit von Mikrowellenstrahlung angezeigt wird. Ferner ist eine Kochzeitskala 18 vorgesehen. Die Kochzeit wird durch einen Zeiteinsteller voreingestellt, welcher mit dem Leistungsschaltknopf 19 zusammenwirkt Eine Lampe 110 zeigt den Betrieb des erfindungsgemäßen Abtauzeitgebers an. Durch Einstellung eines Wählschalters 111 wird der Abtauzeitgeber eingeschaltet.

In F i g. 2 sieht man einen Netzstecker 21, der in eine herkömmliche Wechselstrom-Steckdose eingesteckt werden kana 22 und 23 bezeichnen Schutzschalter, welche normalerweise eingeschaltet sind, welche aber geöffnet werden, wenn der äußere Rahmen des Herdes zur Durchführung einer Reparatur entfernt wird. Auf diese Weise ist ein Schutz gewährleistet. Ein Leistungsschalter 24 wird von dem Leistungsschaltknopf 19 der F i g. 1 betätigt Dieser Leistungsschalter 24 ist mit einem Zeitgebermotor 213 so gekoppelt, daß er am Ende der Kochzeit automatisch geöffnet wird und die Stromquelle abtrennt. Eine Lampe 25 dient zur Beleuchtung des Innenraums des Herdes. Ein Motor 26 betreibt einen Ventilator, welcher die elektrischen Teile, z. B. ein Magnetron 233, kühlt Ein anderer Motor 28 treibt ein metallisches Rührbiau innerhalb des Herdes an, damit ein gleichmäßiger Kochvorgang gewährleistet wird. Ein erster Ein-Aus-Schalter 27 wird beim Schließen und beim öffnen der Tür 12 betätigt An einer Kühlflosse des Magnetrons ist ein Thermoschalter 29 angebracht Er schaltet die Stromquelle ab, wenn die Temperatur des Magnetrons aufgrund eines Versagens des Ventilatormotors 28 übermäßig stark erhöht wird. Es sind ferner eine Relaisspule 210 und ein Relaisschalter 211 vorgesehen. Der Schalter 211 ist ein Schaltkontakt des Einschaltknopfes 17 der Fig. 1. Wenn dieser Schaltkontakt n?ch Anschluß der Stromquelle eingeschaltet wird, wird das Stromrelais erregt und verbindet die Stromquelle mit einem Hochspannungstransformator 224. Ein zweiter Türschalter 214 arbeitet auf die gleiche Weise wie der erste Türschalter. Widerstände 215 und 217 versorgen eine Neonlampe 216 mit der richtigen Spannung und dem richtigen Strom. Die Neonlampe 216 dient als Lichtquelle der Kontrollampe 110 der Fig. 1. welche den Betrieb des Abtauzeitgebers anzeigt Ein zweiter Schalter 218 des Wählschalters 111 der Fig. 1, welcher mit dem ersten Schalter 221 gekoppelt ist, dient dazu, einen bilateralen Thyristor 219 kurzzuschließen. Eine elektronische Steuerschaltung 220 wird als Abtauzeitgeber bezeichnet Dieser Abtauzeitgeber gibt ein Betätigungssignal an den bilateralen Thyristor 219 ab. Ferner ist ein dritter Türschalter 223 vorgesehen. Der Hochspannungstransformator 224 dient zur Erhöhung der Netzspannung auf einen Pegel zur Erregung des Magnetrons. Ein Kondensator 225 kann eine hohe Spannung aufnehmen. Eine Diode 228 kann eine hohe Gegenspannung aufnehmen und bildet zusammen mit dem Hochspannungstransformator 224 eine Halbwellendoppelspannungsschaltung Ein Entladungswiderstand 226 liegt parallel zu dem Kondensator 225, ein Varistor 227 schneidet anomale Spannungsstöße ab und ein Widerstand 229 dient zur Überprüfung des Anodenstroms des Magnetrons 235. Ein Fadentransformator 230 versorgt die Kathode des Magnetrons mit Energie. Kondensatoren 231 und 232 und Drosselspulen 233 und 234 bilden ein Filter, welches ein Rauschen an der Kathodenseite des Magnetrons unterdrücken. Das Magnetron 235 hat ein Chassis 236.

Die Fig.3 zeigt ein Schaltungsdiagramm des in F i g. 2 gezeigten Abtauzeitgebers. Eine Diode 31 und ein Kondensator 32 dienen zur Halbwellengleichrichtung und zur Glättung der Versorgungsspannung zur Erzeugung einer Gleichstromspannung mit einer angemessenen Welligkeit Widerstände 33 und 34 dienen zur Teilung der genannten Gleichspannung, damit zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode eines Thyristors 36 eine geteilte Spannung angelegt wird. Widerstände 312,313 und 314 teilen die genannte Gleichspannung und erzeugen eine geteilte Spannung zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode eines Thyristors 310. Widerstände 35 und 39 und ein Kondensator 37 bilden zusammen mit den Widerständen 33, 34 und 312 bis 314 die Zeitkonstante der Oszillatorschaltung, welche aus den Teilen 33 bis 315 besteht Der Widerstand 314 liegt zwischen der Basi; und dem Emitter eines Transistors 317. Der Widerstanc 315 dient zur Überlagerung der Versorgungsspannunj auf die Spannung der Steuerelektrode des Thyristor 310. Ein Widerstand 316 dient zur Begrenzung de; Koilektorstroms des Transistors 317. Dioden 318 bis 321 bilden eine Brücke, welche eine gleichgerichtet! Halbwellenspannung zwischen dem Kollektor und den Emitter des Transistors 317 erzeugen. Ferner sin< Widerstände 322 und 326 und Rauschabsorptionskon densatoren 323 und 327 vorgesehen. Ein Widerstand 32' und ein Kondensator 325, welche in Reihe miteinande und parallel zu dem bilateralen Thyristor 219 der Fig.: liegen, dienen zur Umkehrung der Wirkung diese

Thyristors.

In der obigen Schaltungsanordnung wird das dem bilateralen Thyristor zugeführte Steuersignal durch die Überlagerung der welligen Gleichspannung mit der von dem Widerstand 315 gelieferten Versorgungsspannung phasengesteuert In dem Ausführungsbeispiel ist der Beginn der »Ein«-Phase auf etwa 80° und das Ende der »Ein«-Phaseauf 280° eingestellt

Die F i g. 4 zeigt die Phasenrelation beim Betrieb des Abtauzeitgebers. In dieser Figur stellt 1 die Versorgungsspannung, 2 das von dem Abtauzeitgeber der F i g. 3 an die Steuerelektrode des bilateralen Thyristors abgegebene Steuersignal, 3 den Betrieb des bilateralen Thyristors, der bei 80° der Versorgungsspannungsphase eingeschaltet und bei 360° ausgeschaltet wird, und 4 den Betrieb des Mikrowellenoszillators dar, welcher mit dem Betrieb des bilateralen Thyristors synchronisiert ist

Die Fig.5 zeigt die Phasenrelation während des Betriebs des Abtauzeitgebers, wenn der bilaterale Thyristor einschaltet Die Kurve 1 zeigt die Versorgungsspannung, die Kurve 2 zeigt die Spannung zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 36 in der Schaltung der F i g. 3, die Kurve 3 zeigt das Steuersignal, welches von der Abtauschaltung an den bilateralen Thyristor abgegeben wird, und die Kurve 4 zeigt den Betrieb des bilateralen Thyristors.

Die Fig.6 zeigt die Phasenrelation, wenn der bilaterale Thyristor abschaltet und der Betrieb des Abtauzeitgebers sich im Zustand »Aus« befindet. Die Kurve 1 zeigt die Versorgungsspannung, die Kurve 2 zeigt die Spannung zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 310 in der Schaltung der Fig.3 und die Kurve 3 zeigt das Steuersignal, welches von dem Abtauzeitgeber an den bilateralen Thyristor abgegeben wird. Die Kurve 4 zeigt den Betriebszustand des Thyristors.

Die Fig.7 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Darstellung des Betriebs des Wählschalters, mit welchem vom normalen Gebrauch des Herdes zu seiner Verwendung als Abtauzeitgeber umgeschaltet werden kann. Die Figur zeigt eine Stromquelle 71, den ersten Schalter 221 des Wählschalters und dessen zweiten Schalter 218, die mit dem Wählschalter 111 der Fi g. 1 gekoppelt sind. 72 bezeichnet die Abtauschaltung der Fig.3 und 73 bezeichnet die Last, welche den Hochspannungstransformator und das Magnetron des Herdes umfaßt Bei der normalen Verwendung des Herdes ist der erste Schalter des Wählschalters ausgeschaltet, während der zweite Schalter eingeschaltet ist In diesem Zustand ist die Abtauschaltung außer Betrieb, und der bilaterale Thyristor ist kurzgeschlossen, so daß der Herd mit voller Stärke arbeitet. Wenn der Abtauzeitgeber verwendet wird, ist der erste Schalter des Wählschalters geschlossen, während der zweite Schalter geöffnet ist In diesem Zustand arbeitet die Abtauschaltung und gibt das Steuersignal an die Steuerelektrode des bilateralen Thyristors. Da der bilaterale Thyristor durch die Versorgungsspannung vorgespannt ist wird er durch das Steuersignal der Abtauschaltung ein- bzw. ausgeschaltet In diesem Fall arbeitet der Herd intermittierend, also mit effektiv reduzierter Ausgangsleistung.

Wie man aus der Fig.8 sieht ist eine bestimmte zeitliche Verschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter des Wählschalters vorgesehen. Diese Zeitverschiebung dient zur Verhinderung von Fehlfunktionen des bilateralen Thyristors, die beim Einschalten der Abtauschaltung auftreten könnten. Insbesondere wird der bilaterale Thyristor nur dann mit Spannung versorgt, wenn die Abtauschaltung im ständigen Betrieb S arbeitet, und der Thyristor wird kurzgeschlossen und nicht mit einer Spannung beaufschlagt wenn die Abtauschaltung sich im Ausschaltzustand befindet

Eine Fehlfunktion des bilateralen Thyristors würde zu einem Einschwingzustand der Abtauschaltung führen, da die Schaltempfindlichkeit des Thyristors sich mit der Polarität der anliegenden Spannung ändert Falls das Steuersignal von der Abtauschaltung wegen dessen Einschwingzustand einen niedrigeren Wert hat bleibt der Thyristor ausgeschaltet wenn dieses Steuersignal negativ ist während er bei einem positiven Steuersignal eingeschaltet wird. Im ersten Fall arbeitet der bilaterale Thyristor als Diode, so daß die gleichgerichtete Wechselspannung dem Hochspannungstransformator der Fig.2 überlagert wird und den Sättigungsstrom

^₀ erhöht welcher einige zehnmal so stark wie der normale Strom ist

Aus diesen Gründen sind der erste und der zweite Schalter des Wählschalters so ausgelegt daß sie in der in F i g. 8 gezeigten Weise arbeiten.

Die F i g. 9 zeigt die experimentell erhaltene Korrelation zwischen dem Einschaltstromstoß und der Kopplungsphase der Stromquelle bei einem bestimmten konstanten Wert der Remanenz des Hochspannungstransformators. Wie man aus dieser Figur sieht kann durch Kopplung der Stromquelle bei einem Zustand konstanter Remanenz der Stromstoß unterdrückt werden, so daß er zu Null wird oder unterhalb des normalen Stromes liegt

Bei den Experimenten wurde die Remanenz auf einen

konstanten Wert eingestellt indem die Stromversorgung des Hochspannungstransformator» bei einem Phasenwinkel von 360° beendet wurde. Zu diesem Zeitpunkt lag die optimale Phase zur Kopplung der Stromquelle im Bereich von etwa 280".

Die Fig. 10 zeigt eine Steuerschaltung, welche auf der Basis der oben genannten empirischen Daten konstruiert wurde.

Eine Wechselstromquelle 401 mit der üblichen Netzfrequenz liefert einen Strom zu der Primärspule 402 eines Hochspannungstransformators des Herdes, und der bilaterale Thyristor 403 steuert die Stromversorgung von der Stromquelle 401 zu der Primärwicklung 402 des Hochspannungstransformators. Eine Steuerschaltung, welche aus den Teilen 405 bis 425 besteht wird über einen Transformator 404 gespeist Die Steuerschaltung umfaßt eine Gleichrichterschaltung, welche aus einer Diode 405 und einem Kondensator 406 besteht einen Generator zur Erzeugung der Steuersignale, welcher aus den Widerständer 408, 409, 410, 411, 415, 418,420, 421,422 und 423, der Kondensatoren 407 und 412 und den Transistoren 413 414, 416 und 417 und 419 besteht und eim Treiberschaltung, welche aus einem Widerstand 424 einem Transistor 425 und einem bilateralen Thyristo!

403 besteht Der Generator umfaßt einen astabilei Multivibrator, welcher aus den Widerständen 409, 410 411, 415, 421, 422 und 423, dem Kondensator 412 um den Transistoren 413,414,416 und 417 besteht und ein Phasensteuerschaltung zur Steuerung der Oszillation: phase des astabilen Multivibrators, welche aus de Widerständen 408,418,420, dem Kondensator 407 un einem Transistor 419 besteht

Die Phasensteuerschaltung stellt bei 80° die »Ein<

Phase und bei 180 bis 360° die »Aus«-Phase fest, so daß der astabile Multivibrator ein synchrones Steuersignal erzeugt, welches bei 80° den Zustand »Ein« und bei 180 bis 360° den Zustand »Aus« annimmt. Dieses Signal wird von der Treiberschaltung verstärkt, bevor es dem bilateralen Thyristor 403 zugeführt wird. Da dieser Thyristor 403 nicht einmal dann gesperrt ist, wenn seine Steuerelektrode kein Eingangszeichen empfängt, falls nicht die Spannung zwischen seinen Endanschlüssen

Null oder negativ ist, wird er stets im Bereich von 360° abgeschaltet, wenn das Steuersignal zwischen 180 und 360° abgeschnitten wird, wodurch die Remanenz des Hochspannungstransformators konstant gehalten werden kann. Auf diese Weise wird die Stromversorgung des Hochspannungsiransformators stets im Bereich von 80° eingeschaltet und im Bereich von 360° beendet, so daß der Eingangsstromstoß vollständig verhinderl werden kann.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellenherd mit einem Mikrowellenoszülator, einem Hochspannungstransformator. ^sen Primärwicklung mit einer Wechselspannung ^quelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Mikrowellenoszillator verbunden sind, einer Schalteinrichtung zwischen der Primärwicklung und der Wechselspannungsquelle und mit einer Steuerschaltung, die zu ihrem Ein- und Ausschalten mit der Schalteinrichtung verbunden ist, um den Strom zwischen der Wechselspannungsquelle und der Primärwicklung des Hochspannungstransformators zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein Zweirichtungs-Thyristor (219, 403) ist und daß die Steuerschaltung (220) einen mit der Wechselspannungsquelle verbundenen GJeichrichterschaltkreis (32, 31) zum Gleichrichten der Wechselspannung zur Erzeugung einer pulsierenden Gleichspannung, einen astabilen Multivibrator mit zwei Thyristoren (36,310) mit negativen Steuerelektroden, die mit dem Gleichrichterschaltkreis (31,32) verbunden und durch diesen steuerbar sind, und einen mit dem astabilen Multivibrator und der Wechselspannungsquelle verbundenen Transistorschaltkreis (317) zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschalten des astabilen Multivibrators aufweist, wobei der Ausgang (B) des Transistorschaltkreises zum Durchschalten des Zweirichtungs-Thyristors (219,403) bei einer Phasenlage von etwa 80° oder 280° der Wechselspannung mit dessen Steuerelektrode verbunden ist.

2. Mikrowellenherd nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Schalter (221), der im geschlossenen Zustand die Wechselspanmingsquelle mit der Steuerschaltung (72, 220) verbindet, und durch einen zweiten Schalter (218), der im geschlossenen Zustand den Zweirichtungs-Thyristor (219, 403) kurzschließt, wobei der erste und der zweite Schalter (221 bzw. 218) so miteinander gekoppelt sind, daß der erste Schalter nach Schließen des zweiten Schalters (221) erst nach Ablauf eines zum Erreichen des Ruhezustandes der Steuerschaltung (220) erforderlichen Zeitraumes geöffnet ist.